【正文】 2個16位定時/計(jì)數(shù)器。這種方法不需要事先知道過程的數(shù)學(xué)模型，可直接在系統(tǒng)中進(jìn)行現(xiàn)場整定，比較簡單。PID控制參數(shù)的整定方法在控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)或安裝完畢后，被控對象、測量變送器和執(zhí)行器這三部分的特性就完全確定了，不能任意改變。K．J．Astrom、．Hang、Qingguo Wang、Z．J．Palmor、S．H．Shen等自整定專家不斷在幾大國際雜志上發(fā)表新的研究成果，顯示了PID 自整定技術(shù)強(qiáng)大的理論生命力 。PID參數(shù)的調(diào)整原則：PID參數(shù)的預(yù)置是相輔相成的，運(yùn)行現(xiàn)場應(yīng)該根據(jù)實(shí)際的情況進(jìn)行下列微調(diào)，被控物理量在目標(biāo)值附近振蕩，首先加大積分時間I，如果還是有振蕩，可適當(dāng)減小比例增益P。穩(wěn)定性下降，甚至造成系統(tǒng)的不穩(wěn)定。 (3)誤差積分反饋的引入有很多負(fù)作用 在PID控制中，誤差積分反饋的作用是消除靜差，提高系統(tǒng)響應(yīng)的準(zhǔn) 確性，但同時誤差積分反饋的引入，使閉環(huán)變得很遲鈍，容易產(chǎn)生振 蕩，易產(chǎn)生由積分飽和引起的控制量飽和。解決的辦法是使抑制誤差的作用的變化“超前”，即在誤差接近于零時，抑制誤差的作用就應(yīng)該是零。對一個自動控制系統(tǒng)，如果在進(jìn)入穩(wěn)態(tài)后存在穩(wěn)態(tài)誤差，則稱這個控制系統(tǒng)是有穩(wěn)態(tài)誤差的或簡稱有差系統(tǒng)（System with Steadystate Error）。第六章是對本次設(shè)計(jì)的總結(jié)，主要有這次論文的不足和對PID控制的展望。運(yùn)用單片機(jī)設(shè)計(jì)的控制器有很多的用途，比如用單片機(jī)的全自動鍋爐壓力控制器，該系統(tǒng)能根據(jù)鍋爐現(xiàn)場檢測的各個狀態(tài)做出實(shí)時精確的自動控制，如實(shí)現(xiàn)溫度、壓力、水位等的監(jiān)控，數(shù)碼管顯示、報(bào)警、系統(tǒng)參數(shù)設(shè)置的功能。另一方面,某些新控制技術(shù)的發(fā)展要求更精確的PID控制,從而刺激了PID控制器設(shè)計(jì)與參數(shù)整定技術(shù)的發(fā)展。如果過程的動態(tài)特性變化，例如可能由負(fù)載的變化引起系統(tǒng)動態(tài)特性變化，PID參數(shù)就可以重新整定。值得提出的是, 1939年Taylor儀器公司推出的一款帶有所謂“Pre2act”功能的名為“Fulscope”的氣動控制器以及同時期Foxboro儀器公司推出的帶有所謂“Hyper2re2set”功能的“Stabilog”氣動控制器都是最早出現(xiàn)的具有完整結(jié)構(gòu)的PID控制器。20世紀(jì)的30年代晚期微分控制的加入標(biāo)志著PID控制成為一種標(biāo)準(zhǔn)結(jié)構(gòu),也是PID控制兩個發(fā)展階段的分水嶺。它的產(chǎn)品已經(jīng)在工程實(shí)際中得到了廣泛的應(yīng)用，很多大公司都開發(fā)了具有PID參數(shù)自整定功能的智能控制器?？刂破鞯妮敵鼋?jīng)過輸出接口、執(zhí)行機(jī)構(gòu)，加到被控系統(tǒng)上；控制系統(tǒng)的被控量，經(jīng)過傳感器，變送器，通過輸入接口送到控制器。不同的控制系統(tǒng)，它們的傳感器、變送器、執(zhí)行機(jī)構(gòu)都是不一樣的。PID控制器至今已有近70年歷史，它以其結(jié)構(gòu)簡單、穩(wěn)定性好、工作可靠、調(diào)整方便而成為工業(yè)控制的主要技術(shù)之一。第一個階段為發(fā)明階段( 1900 ～1940 ) ?！癙re2act”與“Haper2re2set”功能實(shí)際都是在控制器中加入了微分控制?！　〉谌?，PID控制器在實(shí)踐中也不斷的得到改進(jìn)。在實(shí)際生產(chǎn)現(xiàn)場中，由于受到參數(shù)整定方法煩雜的困擾，常規(guī)PID控制器參數(shù)往往整定不良、性能欠佳，對運(yùn)行工況的適應(yīng)性很差。該系統(tǒng)還采用模糊PID方法進(jìn)行溫度控制，能克服普通的單片機(jī)PID溫度控制系統(tǒng)的一些不足之處，讓它達(dá)到令人較為滿意的控制效果。2 PID控制 PID控制的特點(diǎn)和原理在工程實(shí)際中，應(yīng)用最為廣泛的調(diào)節(jié)器控制規(guī)律為比例、積分、微分控制，簡稱PID控制，又稱PID調(diào)節(jié)。為了消除穩(wěn)態(tài)誤差，在控制器中必須引入“積分項(xiàng)”。這就是說，在控制器中僅僅引入“比例”項(xiàng)往往是不夠的，比例項(xiàng)的作用僅是放大誤差的幅值，而目前需要增加的是“微分項(xiàng)”，它能預(yù)測誤差變化的趨勢，這樣，具有比例加上微分的控制器，就能夠提前使抑制誤差的控制作用等于零，甚至為負(fù)值，從而避免了被控量的嚴(yán)重超調(diào)。(4)線性組合不一定是最好的組合方式 PID控制器給出的控制量是誤差的現(xiàn)在、過去、將來三者的線性組 合。I因?yàn)橛姓`差，積分調(diào)節(jié)就進(jìn)行，提高無差度。被控物理量在發(fā)生變化后很難恢復(fù)，首先加大比例增益P，如果恢復(fù)較慢，可以適當(dāng)?shù)臏p小積分時間I，還可以加大微分時間D。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展和自整定技術(shù)的成熟，El前有關(guān)自動整定控制器的商業(yè)化產(chǎn)品已大量涌現(xiàn)，其中比較著名的如Foxboro公司的ExACT 系列、First Control的M R0CONTROLLER系列、Leed ＆ Northrop 的Electromax V 系列、SattControl的ECA40系 、Honeywell公司的RPID、ControlSoft公司INTUNE 等 。只能通過控制器參數(shù)的工程整定，來調(diào)整控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性和控制質(zhì)量。幾種整定方法的比較：整定方法優(yōu) 點(diǎn)缺 點(diǎn)反應(yīng)曲線法方法簡單系統(tǒng)開環(huán)，被調(diào)量變化較大，影響生產(chǎn)穩(wěn)定邊界法系統(tǒng)閉環(huán)會出現(xiàn)被調(diào)量等幅振蕩衰減曲線法系統(tǒng)閉環(huán)，安全實(shí)驗(yàn)費(fèi)時經(jīng)驗(yàn)法系統(tǒng)閉環(huán)，不需計(jì)算需要經(jīng)驗(yàn)注意：同一個系統(tǒng)，最佳整定參數(shù)可能不是唯一的。，結(jié)構(gòu)簡單，易于維修。尋址范圍64K，并有控制功能較強(qiáng)的布爾處理器?！拔⒖刂破鳌钡姆Q謂更能反應(yīng)單片機(jī)的本質(zhì)。這么多種單片機(jī)能進(jìn)入中國市場，這就說明了我們的應(yīng)用工程師已經(jīng)能夠綜合各類單片機(jī)的性能、價(jià)格等方面的一些因素，并結(jié)合實(shí)用對象進(jìn)行選擇。 (2) 體積小、價(jià)格低、易于產(chǎn)品化 應(yīng)用系統(tǒng)的印制板減小、安裝簡單方便、接插件減少。導(dǎo)彈的導(dǎo)航裝置，飛機(jī)上各種儀表的控制，計(jì)算機(jī)的網(wǎng)絡(luò)通訊與數(shù)據(jù)傳輸，工業(yè)自動化過程的實(shí)時控制和數(shù)據(jù)處理，廣泛使用的各種智能IC卡，民用豪華轎車的安全保障系統(tǒng)，錄像機(jī)、攝像機(jī)、全自動洗衣機(jī)的控制，以及程控玩具、電子寵物等等，這些都離不開單片機(jī)。8051單片機(jī)的基本組成時鐘電路SFR和RAM ROMCPU定時/計(jì)數(shù)器并行端口中斷系統(tǒng)串行端口系 統(tǒng) 總 線時鐘源T0 T1P0 P1 P2 P3TXD RXD INT0 INT1 圖 8051單片機(jī)的基本組成一個8051單片機(jī)包含下列部件 （1）一個8位微處理器CPU。通道0驅(qū)動器通道2驅(qū)動器RAM地址鎖存器RAM通道0鎖存器通道2鎖存器ROM/
EPROMB寄存器程序地址寄存器緩沖器PC遞增器程序計(jì)數(shù)器PC數(shù)據(jù)指針DPTRVCCGND～堆棧指針SPACCTMP2PSW通道3鎖存器通道1鎖存器通道1驅(qū)動器通道3驅(qū)動器TMP1SCONTMODPCONTCONTL0TH1TH0TL1IESBUF(TX/RX)IP中斷、串行口和定時器邏輯振蕩器～RSTEAALEPSENXTAL2XTAL1ALU(+5V)指令
寄存器定時和
控制邏輯指令
譯碼器8051單片機(jī)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)通道0驅(qū)動器通道2驅(qū)動器RAM地址鎖存器RAM通道0鎖存器通道2鎖存器ROM/
EPROMB寄存器程序地址寄存器緩沖器PC遞增器程序計(jì)數(shù)器PC數(shù)據(jù)指針DPTRVCCGND～堆棧指針SPACCTMP2PSW通道3鎖存器通道1鎖存器通道1驅(qū)動器通道3驅(qū)動器TMP1SCONTMODPCONTCONTL0TH1TH0TL1IESBUF(TX/RX)IP中斷、串行口和定時器邏輯振蕩器～RSTEAALEPSENXTAL2XTAL1ALU(+5V)指令
寄存器定時和
控制邏輯指令
譯碼器 單片機(jī)的內(nèi)部組成8051單片機(jī)的CPUCPU就是中央處理器，是單片機(jī)的核心部件，它完成各種運(yùn)算和控制操作，CPU由運(yùn)算器和控制器兩部分組成。*RS1和RS0：工作寄存器組選擇，如下表所示。程序計(jì)數(shù)器PC：當(dāng)一條指令按PC所指向的地址從程序存儲器中取出之后，PC的值就會自動增量，即指向下一條指令。 ① ALE功能：用來鎖存P0口送出的低8位地址。 ② Vpp功能：片內(nèi)有EPROM的芯片，在EPROM 編程期間，施加編程電源Vpp。即：編程脈沖：30腳（ALE/PROG） 編程電壓（25V）：31腳（EA/Vpp） 　　 8051單片機(jī)的工作原理單片機(jī)自動完成賦予它任務(wù)的過程，也就是單片機(jī)執(zhí)行程序的過程，即一條條執(zhí)行的指令的過程，指令就是把要求單片機(jī)執(zhí)行的各種操作用的命令的形式寫下來，這是在設(shè)計(jì)人員賦予它的指令系統(tǒng)所決定的，一條指令對應(yīng)著一種基本操作；單片機(jī)所能執(zhí)行的全部指令，就是該單片機(jī)的指令系統(tǒng)，不同種類的單片機(jī)，其指令系統(tǒng)亦不同。 圖 7805的整流電路 圖 整流電路原理圖變壓器后面是由四個二極管組成的一個橋式整流電路。單片機(jī)控制系統(tǒng)中，一般可能只需要幾個功能鍵，此時，可采用獨(dú)立式按鍵結(jié)構(gòu)。 圖 數(shù)碼管內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖本次設(shè)計(jì)中我們用的是四位一體的數(shù)碼管，下面簡單介紹一下。定時器的編程包括：（1）置工作方式。這里選用集成A/D轉(zhuǎn)換器——ADC0832。ADC0832是美國國家半導(dǎo)體公司生產(chǎn)的一種 8 位分辨率、雙通道 A/D 轉(zhuǎn)換芯片。DO：數(shù)據(jù)信號輸出，轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)輸出。芯片轉(zhuǎn)換時間僅為32μS，據(jù)有雙數(shù)據(jù)輸出可作為數(shù)據(jù)校驗(yàn)，以減少數(shù)據(jù)誤差，轉(zhuǎn)換速度快且穩(wěn)定性能強(qiáng)。在第1個時鐘脈沖的下沉之前DI端必須是高電平，表示啟始信號。DAC0832是一個8位D/A轉(zhuǎn)換器。⑥ /XFER ：數(shù)據(jù)傳輸控制信號，輸入低電平有效。⑩ VREF：基準(zhǔn)電壓輸入端。③ 雙緩沖方式:所謂雙緩沖方式，就是將DAC0832內(nèi)部的兩個寄存器 都連接成獨(dú)立受控鎖存方式。 圖 晶振電路XTAL1和XTAL2是片內(nèi)振蕩電路輸入線，這兩個端子用來外接石英晶體和微調(diào)電容，即用來連接8051片內(nèi)OSC的定時反饋回路。Proteus ISIS是英國Labcenter公司開發(fā)的電路分析與實(shí)物仿真軟件?？傊?，該軟件是一款集單片機(jī)和SPICE分析于一身的仿真軟件，功能極其強(qiáng)大。Keil C51軟件提供豐富的庫函數(shù)和功能強(qiáng)大的集成開發(fā)調(diào)試工具，全Windows界面。ABS文件由OH51轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)的Hex文件，以供調(diào)試器dScope51或tScope51使用進(jìn)行源代碼級調(diào)試，也可由仿真器使用直接對目標(biāo)板進(jìn)行調(diào)試，也可以直接寫入程序存貯器如EPROM中。先輸入一個給定輸入值，通過參數(shù)選擇再通過PID整定顯示出參數(shù)和參數(shù)的整定輸出值，再將輸出值賦給前一時刻的輸入值再進(jìn)行循環(huán)。 本系統(tǒng)采用軟件消抖，當(dāng)單片機(jī)第一次檢測到有鍵按下時，即檢測到與按鍵連接的I/O口為低電平是，等待10ms，再去確認(rèn)該I/O口是否仍舊為低電平，如果還是低電平，就一般的機(jī)械按鍵而言，已經(jīng)是出于穩(wěn)定期了，按鍵的抖動被消除了。（2）控制從手動切換到自動時，位置式PID算法必須先將計(jì)算機(jī)的輸出值置為原始閥門開時，才能保證無沖擊切換。參考文獻(xiàn)[1] 周潤景、張麗娜、（第二版).北京： 航空航天大學(xué)出版社，2010[2] ，2011[3] （第二版）.[4] 郭一楠、?？×帧?009[5] 張毅剛、彭喜源、2000[6] ，2008[7] ,2000[8] 齊志才、:中國建筑工業(yè)出版社， 2005[9] 高金源、2007[10] ：機(jī)械工業(yè)出版社，1998[11] [M].北京：電子工業(yè)出版社，2003[12] 吳占雄。 for(i =0。 delay(1000)。 //預(yù)置計(jì)數(shù)初值； TL0=(65536500)%256。 io_key_4 = 1 。 sbit io_key_2 = P1^5 。for(j=0。 //誤差累計(jì) double Proportion。sPID。 }/*==================================================================================================== 增量式PID計(jì)算部分 =====================================================================================================*/ int IncPIDCalc(int NextPoint) { register int iError, iIncpid。 //增量計(jì)算 iIncpid = sptrProportion * iError //E[k]項(xiàng) sptrIntegral * sptrLastError //E[k－1]項(xiàng) + sptrDerivative * sptrPrevError。 sptrLastError = 0。 //積分常數(shù) Integral Const double Derivative。j++)。 sbit io_key_4 = P1^7 。 if(io_key_1 == 0)return KEY_VALUE_1 。 //開總中斷； ET0=1。 wei04 = 0。 i++)